(57)【要約】【課題】帯状の超電導線を巻回して形成する超電導コイルにおいて、超電導線の巻き方を改良することにより、自ら発生する磁場から受ける影響を小さくして超電導コイルの特性を効率良く発揮する。【解決手段】帯状の超電導線を巻回して形成した複数個の分割コイルを軸線方向に重ね合わせると共に隣接する分割コイルの超電導線の先端同士を接続して１つのコイルとしており、前記分割コイルは、超電導線の長さ方向と直交する幅方向をコイルの軸線方向と直交させた第１分割コイルと、超電導線の前記幅方向をコイルの軸線方向と一致させた第２分割コイルとからなり、少なくともコイルの軸線方向の両端の分割コイルは第１分割コイルからなり、第１分割コイルの超電導線の線幅は、第２分割コイルの線幅より狭くしている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の超電導線を巻回して形成した少なくとも３個以上の分割コイルを軸線方向に重ねた積層体からなると共に隣接する分割コイルの超電導線の先端同士を接続して１つのコイルとしており、
前記分割コイルは、
超電導線の長さ方向と直交する幅方向をコイルの軸線方向と直交させた第１分割コイルと、
超電導線の前記幅方向をコイルの軸線方向と一致させた第２分割コイルとからなり、
前記積層体からなるコイルの軸線方向の少なくとも両端の分割コイルは前記第１分割コイルからなり、第１分割コイルの超電導線の線幅は、第２分割コイルの線幅より狭いことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記コイルの直径が軸線方向の長さより大で、前記第１分割コイルの軸線方向の合計長さを第２分割コイルの軸線方向の合計長さ以上としている請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記コイルの直径が軸線方向の長さより小で、前記第１分割コイルの軸線方向の合計長さを第２分割コイルの軸線方向の合計長さ以下としている請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項４】
前記コイルの軸線方向の両端に各１個の前記第１分割コイルを配置し、これら第１分割コイルの間に１個以上の第２分割コイルを配置している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルに関し、詳しくは、超電導コイルを形成する超電導線の巻き方を改良することにより超電導コイルの特性を効率良く発揮するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、帯状の超電導線を巻回して形成した超電導コイルが多数提供されている。
例えば、特開２００２−１１０４１６号公報（特許文献１）等で提供されている超電導コイル１は、図６に示すように、超電導線２を所謂テープ巻きして超電導線２の幅方向をコイルの軸線方向と一致させており、また、特開平６−３４２７１８号公報（特許文献２）で提供されている超電導コイル３は、図７に示すように、超電導線４の幅方向をコイルの軸線方向と直交させている。
【０００３】
ところで、超電導線は磁場の影響を受けやすく、帯状の超電導線の幅広面に対して直交方向の磁場がかかると臨界電流が低下して、超電導の特性を効率良く発揮できなくなる問題がある。
例えば、前記特許文献１で提供されている超電導コイル１では、超電導コイル１に電流を通電すると、図８（Ａ）に示すようような磁場５が発生する。超電導コイル１の軸線方向の中央付近では、磁場５の方向と超電導線２の幅方向とが略一致しているため大きな悪影響は受けないが、軸線方向の両端位置では磁場５の方向と超電導線２の幅方向とが略直交し、超電導線２の幅広面に直交方向の磁場５がかかって大きな悪影響を受ける。
逆に、前記特許文献２で提供されている超電導コイル３では、図８（Ｂ）に示すような磁場６が発生し、超電導コイル２の軸線方向の両端位置では、磁場６の方向と超電導線４の幅方向とが略一致しているため大きな悪影響は受けないが、軸線方向の中央付近では磁場６の方向と超電導線４の幅方向とが略直交し、超電導線４の幅広面に直交方向の磁場６がかかって大きな悪影響を受ける。
即ち、前記特許文献１、２で提供されているような超電導コイル１、３共に自ら発生させた磁場により悪影響を受けて性能を低下してしまう問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１０４１６号公報
【特許文献２】特開平６−３４２７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、帯状の超電導線を巻回して形成する超電導コイルにおいて、超電導線の巻き方を改良することにより、自ら発生する磁場から受ける影響を小さくして超電導コイルの特性を効率良く発揮することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、帯状の超電導線を巻回して形成した少なくとも３個以上の分割コイルを軸線方向に重ねた積層体からなると共に隣接する分割コイルの超電導線の先端同士を接続して１つのコイルとしており、
前記分割コイルは、
超電導線の長さ方向と直交する幅方向をコイルの軸線方向と直交させた第１分割コイルと、
超電導線の前記幅方向をコイルの軸線方向と一致させた第２分割コイルとからなり、
前記積層体からなるコイルの軸線方向の少なくとも両端の分割コイルは前記第１分割コイルからなり、第１分割コイルの超電導線の線幅は、第２分割コイルの線幅より狭いことを特徴とする超電導コイルを提供している。
【０００７】
前記構成によれば、超電導コイルの軸線方向の中央付近と両端位置とで超電導線の巻き方を変え、中央付近でも両端位置でも超電導線の幅方向と超電導コイルにより発生する磁場の方向とを近づけているため、超電導線の幅広面に略垂直方向の磁場がかかることがない。
よって、本発明の超電導コイルは通電により自ら発生させた磁場によって大きな影響を受けず、臨界電流があまり低下せず、効率良く超電導の特性を発揮することができる。
【０００８】
また、巻き方を変えたコイルを第１分割コイルと第２分割コイルとして、それぞれ異なる超電導線で別個に形成して、分割コイル形成後に超電導線を接続しているため、巻き方を変える位置で超電導線を捻る必要がなく、超電導線が局部的に負荷を受けることがない。
さらに、超電導線の幅方向をコイルの軸線方向と直交させた、所謂エッジワイズ巻きした第１分割コイルの超電導線の線幅を第２分割コイルの超電導線の線幅よりも狭くしているため、超電導線の巻き付けが容易となり第１分割コイルを容易に作製することができる。
この場合には、第１分割コイルの超電導線の線幅を第２分割コイルの超電導線の線幅の約半分として、第２分割コイルの１本の超電導線に第１分割コイルの超電導線を２本接続していることが好ましい。これにより第１分割コイルと第２分割コイルの電流容量を均一にすることができる。
【０００９】
コイルの直径が軸線方向の長さより大である場合には、前記第１分割コイルの軸線方向の合計長さを第２分割コイルの軸線方向の合計長さ以上としていることが好ましい。
また、コイルの直径が軸線方向の長さより小である場合には、前記第１分割コイルの軸線方向の合計長さを第２分割コイルの軸線方向の合計長さ以下としていることが好ましい。
【００１０】
前記構成によれば、超電導コイルの大部分において、超電導線の幅方向と磁場の方向を一致させることができ、超電導コイルが受ける磁場の影響をより低減することができる。
【００１１】
前記コイルの軸線方向の両端に各１個の前記第１分割コイルを配置し、これら第１分割コイルの間に１個あるいは２個等の複数個の第２分割コイルを配置していることが好ましい。
前記構成によれば、異なる分割コイル同士の接続箇所を減らすことができ、超電導コイルを効率良く作製することができる。
また、複数の第１分割コイルを重ね合わせて第１分割コイルの軸線方向の合計長さを調節する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
前述したように、本発明によれば、超電導コイルの軸線方向の中央付近と両端位置とで超電導線の巻き方を変え、中央付近でも両端位置でも超電導線の幅方向と超電導コイルにより発生する磁場の方向とを近づけているため、超電導線の幅広面に略垂直方向の磁場がかかることがない。
よって、本発明の超電導コイルは通電により自ら発生させた磁場によって大きな影響を受けず、臨界電流があまり低下せず効率良く超電導の特性を発揮することができる。
【００１３】
また、巻き方を変えたコイルを第１分割コイルと第２分割コイルとして、それぞれ異なる超電導線で別個に形成して、分割コイル形成後に超電導線を接続しているため、巻き方を変える位置で超電導線を捻る必要がなく、超電導線が局部的に負荷を受けることがない。
さらに、超電導線の幅方向をコイルの軸線方向と直交させた、所謂エッジワイズ巻きした第１分割コイルの超電導線の線幅を第２分割コイルの超電導線の線幅よりも狭くしているため、超電導線の巻き付けが容易となり第１分割コイルを容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３は、本発明の第１実施形態を示し、超電導コイル１０は、超電導線の巻き方の異なる第１分割コイル２０と第２分割コイル３０を軸線方向に重ね合わせた積層体とし、図中で上下に隣接するコイルの超電導線の先端同士を接続して１つのコイルとしている。
【００１５】
第１分割コイル２０は帯状のビスマス系超電導線２１をエッジワイズ巻きして形成しており、超電導線２１の幅方向Ｘをコイルの軸線方向に直交させている。なお、超電導線２１の幅とは、超電導線２１の長さ方向に直交する矩形断面の大となる側の辺を指す。
第１分割コイル２０の形成は、まず、軸線方向の一方側から他方側へ超電導線２１を螺旋状に巻回して最内周部とし、次いで、この最内周部の外周面に沿って軸線方向の前記他方側から一方側へ超電導２１を螺旋状に巻回する。このように、軸線方向の一方側から他方側への超電導線２１の螺旋状の巻回と、軸線方向の他方側から一方側への超電導線２１の螺旋状の巻回とを内周側から外周側へ交互に繰り返して第１分割コイル２０を形成している。よって、第１分割コイル２０は図２に示した数値の順に巻回される。
【００１６】
一方、第２分割コイル３０は帯状のビスマス系超電導線３１をテープ巻きして形成しており、超電導線３１の幅方向Ｘとコイルの軸線方向を一致させたパンケーキコイルである。第２分割コイル３０の超電導線３１の線幅Ｌ２は第1分割コイル２０の超電導線２１の線幅Ｌ１の２倍とし、１つあたりの第１分割コイル２０の超電導線２１と第２分割コイル３０の超電導線３１の線材の量は略同量としている。本実施形態では、第２分割コイル３０の軸線方向の長さを前記第１分割コイル２０の軸線方向の長さと同等としている。
なお、図１乃至図３では、超電導線２１、３１の配置状態を明記するため、超電導線２１、３１間に介在される絶縁材２２、３２の図示を簡略的に記載しているが、超電導線２１、３１を巻回する際には、超電導線２１、３１に帯状の絶縁材を重ね合わせて、該絶縁材を超電導線２１、３１と共に巻回し、隣接する超電導線２１、３１同士が接触しないようにしている。
【００１７】
超電導コイル１０は、図１に示すように、２つの第２分割コイル３０Ａ、３０Ｂの軸線方向の端面同士を重ね合わせると共に、重ね合わせた第２分割コイル３０Ａ、３０Ｂの両端面に第１分割コイル２０Ａ、２０Ｂの軸線方向の端面を重ね合わせている。これら重ね合わせた第１分割コイル２０Ａと第２分割コイル３０Ａ、第２分割コイル３０Ａと３０Ｂ、第２分割コイル３０Ｂと第１分割コイル２０Ｂの超電導線をそれぞれ溶接して接続して１つの超電導コイル１０とし、両端の第１分割コイル２０Ａ、２０Ｂの超電導線の端部をリード線（図示せず）を介して電源と接続している。第１分割コイル２０の超電導線２１と第２分割コイル３０の超電導線３１との接続は、１本の超電導線３１にそれぞれ２本の超電導線２１を接続し、第１分割コイル２０と第２分割コイル３０とで電流容量が同様となるようにしている。
前記のように第１分割コイル２０と第２分割コイル３０を配置することにより、超電導コイル１０は、軸線方向の中央では超電導線の幅方向とコイルの軸線方向を一致させている一方、軸線方向の端部位置では超電導線の幅方向とコイルの軸線方向を直交させている。
なお、本実施形態では、軸線方向の長さが同等な第１分割コイル２０と第２分割コイル３０を２つずつ設けており、第１分割コイル２０の軸線方向の合計長さと第２分割コイル３０の軸線方向の合計長さを同等としている。
【００１８】
前記超電導コイル１０に電流を通電すると、図３の矢印で示す磁場が発生する。この磁場の方向は、超電導コイル１０の軸線方向の中央付近では、超電導コイル１０の軸線と略平行となる一方、超電導コイル１０の軸線方向の端部側へ行くに従って超電導コイル１０の軸線に対する傾斜角度が大きくなって直交方向に近付いていく。
本発明の超電導コイル１０は、磁場の方向と軸線方向とが略並行になる軸線方向の中央付近に超電導線の幅方向を軸線方向と並行とした第２分割コイル３０を配置する一方、磁場の方向と軸線方向とが直交する軸線方向の端部位置に超電導線の幅方向を軸線方向と直交させた第１分割コイル２０を配置している。
【００１９】
よって、超電導コイル１０の中央付近だけでなく端部位置においても、超電導線の幅方向と超電導コイル１０への通電により発生する磁場の方向とを一致させているため、超電導コイル１０が自ら発生した磁場による影響を受け難く、臨界電流が大幅に低下することがなく、超電導の特性を効率良く発揮することができる。
なお、本実施形態では、超電導コイル１０の両端に第１分割コイル２０を１つずつ配置しているが、両端に複数個ずつ配置してもよい。
【００２０】
図４は本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態の超電導コイル４０は、コイルの直径Ｌ１が軸線方向の長さＬ２より大（Ｌ１＞Ｌ２）であり、第１分割コイル２０Ａ、２０Ｂの軸線方向の合計長さＬ３＋Ｌ４を第２分割コイル３０の軸線方向の長さＬ５より大（（Ｌ３＋Ｌ４）＞Ｌ５）としている。
【００２１】
前記構成によれば、超電導コイル４０は軸線方向の長さが短いため、超電導線の幅方向を軸線方向と並行とした第２分割コイル３０の軸線方向の長さを、超電導線の幅方向を軸線方向と直交させた第１分割コイル２０の軸線方向の長さよりも短くして、より多くの領域で超電導線の幅方向と磁場の方向を一致させている。これにより、超電導コイル４０が自ら発生した磁場による影響をより受け難くなり超電導の特性を効率良く発揮することができる。
【００２２】
図５は本発明の第３実施形態を示す。
本実施形態の超電導コイル５０は、コイルの直径Ｌ１が軸線方向の長さＬ２より小（Ｌ１＜Ｌ２）であり、第１分割コイル２０Ａ、２０Ｂの軸線方向の合計長さＬ３＋Ｌ４を第２分割コイル３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの軸線方向の合計長さＬ５より小（（Ｌ３＋Ｌ４）＜Ｌ５）としている。
【００２３】
前記構成によれば、超電導コイル５０は軸線方向の長さが長いため、超電導線の幅方向を軸線方向と並行とした第２分割コイル３０の軸線方向の長さを、超電導線の幅方向を軸線方向と直交させた第１分割コイル２０の軸線方向の長さよりも長くして、より多くの領域で超電導線の幅方向と磁場の方向を一致させている。これにより、超電導コイル５０が自ら発生した磁場による影響をより受け難くなり超電導の特性を効率良く発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の超電導コイルは、自動車等の駆動用モータや、その他発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）等の超電導機器に用いられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態の超電導コイルの断面図である。
【図２】第１分割コイルの巻き順序を示す図面である。
【図３】超電導コイルに磁場を発生させた状態を示す図面である。
【図４】第２実施形態の超電導コイルの断面図である。
【図５】第３実施形態の超電導コイルの断面図である。
【図６】従来例の超電導コイルを示す図面である。
【図７】他の従来例の超電導コイルを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図８】（Ａ）（Ｂ）は従来の問題点を示す図面である。
【符号の説明】
【００２６】
１０、４０、５０  超電導コイル
２０  第１分割コイル
２１、３１  超電導線
３０  第２分割コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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